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[结构设计] 浅谈对建筑抗震设计的认识

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ccpm1566 发表于 2012-11-13 16:40:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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前言
“5·12”汶川,“4·14”玉树,一次次地震的发生在提醒我们,作为设计人员,必须重视抗震要求。本文依据《规范》,结合工作经验,分析原因,浅谈对建筑抗震设计的认识。
1 提高建筑抗震设计指导思想
(1)结构体系设计合理。《建筑抗震设计规范》第3.5.2条、3.5.3条规定,不论是钢筋混凝土结构还是砌体结构,均要求结构体系完整,传力路径明确。但在设计中,为满足建筑师的创新突破,结构设计以拆柱子、开大洞、砌体结构中大量钢筋混凝土构件承重、转角开门窗、楼梯间凹凸于建筑转角等作为代价,结果破坏了结构整体性及传力路径,在地震中率先破坏导致结构失稳坍塌。钢筋混凝土框架结构中,围护墙和隔墙(不包括轻质隔墙)不合理布置,可使结构形成刚度和承载力突变的薄弱部位而引起倒塌,(上下楼层的数量相差很大导致上刚下柔;墙不到柱顶,形成短柱剪切破坏)。
(2)设置多道抗震防线 。《建筑抗震设计规范》第3.5.3条对结构体系提出了多道抗震防线的要求,对于在大震作用下结构抗倒塌具有重要意义。在地震中发现,在高烈度区理论上抗震性能较好的钢筋混凝土结构有倒塌的,而抗震相对较差的砌体却也有裂而不倒的,甚至个别私人建造的砖木结构的住宅都完好无损;同一地点,同是砌体教学楼,有的损坏严重,甚至倒塌,有的却表现良好。这就是多道抗震防线起了作用。① 砌体结构的构造柱、圈梁虽然不能提高结构的抗震承载力,但作为砌体的约束构件,可以提高墙体的延性。在大震作用下,作为“第二防线”延长建筑物变形时间,约束紧箍建筑物裂而不倒,保证居住者有足够的逃生时间。②框架结构,尤其是教学楼这种大空间结构,如果合理设置柱间支撑或柱子翼墙(不影响空间采光和美观),增加结构纵向刚度;剪力墙结构合理设置连梁,让其作为结构的“第一道防线”在大震来临时,率先破坏,消耗地震能量并改变整体结构的动力特性,降低地震力,来保护主体结构的安全。③多层框架设计时可考虑将楼梯间墙体设置成剪力墙,大跨度的公共建筑适当在墙体位置处增设剪力墙,形成抗震的多道防线。
(3)有意识做到“强柱弱梁”。《规范》第6.2条钢筋混凝土框架的设计计算应遵循“强柱弱梁”的原则。但在汶川地震中,应该要求的“梁铰机制”在毁坏的钢筋混凝土框架建筑没有出现,反而出现了大量的“柱铰”。
在实际设计中,考虑到部分楼板作用形成T形梁,将框架梁的抗弯刚度放大到1.5~2.0后,梁的实际承载力大于梁端弯矩;一般情况下,框架柱即使增大了柱端弯矩设计值,计算结果只能按构造要求配筋;只有当构件抗震等级为9度一级时,规范才要求按照梁的实配钢筋反算柱端弯矩。因此对于占建筑大比重的抗震等级为二、三级的构件,实际的结构设计再精确,形成的还是“强梁弱柱”。
因此,设计时要有意识的减小框架梁的断面和配筋,尤其是层数低跨度大的框架结构,有必要加大框架柱截面和配筋。合理确定梁的放大系数,计算后切记不要人为再放大框架梁的配筋。
2 抗震构造的合理设置是提高抗震能力的有效途径
在这两次地震中,有许多建筑因构造的不规范、不合理,甚至是因为构造缺失造成整体的垮塌:预制楼板不拉结,砌体结构不设构造柱、圈梁,地震时墙体外闪而楼板坍塌、楼梯板施工缝留在最大弯矩处;楼梯与主体结构连接薄弱,地震时先于主体破坏,堵塞逃生通道;抗震缝宽度不够,不同结构的相邻建筑物在地震中碰撞而相互挤坏;框架结构节点钢筋锚固不足,箍筋不加密或不够长度,造成节点先行破坏;填充墙不到顶形成短柱时没有全高加密,造成柱剪切破坏。
(1)砌体结构应严格按《规范》设构造柱、圈梁。尤其是楼梯、电梯间的四角,楼梯段上下端对应墙体;错层部位、不规则部位纵横墙交接处;较大洞口两侧;较小墙垛处;外墙四角均设构造柱砌体结构受力集中部位应构造可靠,加强混凝土大梁与墙体的连接,7~9度时不得采用独立砖柱,大跨度梁应采用组合砌体,即在支撑部位仅设置构造柱是不够的,是需要进行沿楼面大梁平面内、平面外的静力和抗震承载力验算。
(2)框架结构节点钢筋须满足锚固要求,梁柱箍筋按规范加密,注意箍筋与纵筋的比例;填充墙不到顶形成短柱时,框架柱应全高加密,从构造上保证强剪弱弯、强节点强锚固;保证大震来临时,梁的塑性铰能发挥作用,避免柱及节点破坏形成几何可变体系而倒塌。
(3)女儿墙等非结构构件应与结构主体可靠连接,且应具有良好的变形能力,尤其是建筑物出入口上部的挑檐、女儿墙、玻璃幕、吊顶避免地震时脱落伤人;严禁采用无锚固的预制混凝土挑檐。
(4)当设计必须采用预制装配式楼板时,则应做好预制板间拉接锚固,设置板边圈梁,板缝现浇配筋带,并设置板端现浇配筋腱鞘,可有效提高楼盖的整体性。
3 逃生通道——楼梯间的安全  
由于楼梯段侧向刚度较大、山墙较高、休息平台与楼层存在错层,地震时最容易破坏。作为生命通道,楼梯间的抗震设计应予以充分重视。
(1)楼梯间的混凝土梯段、梁、板应参与计算,并考虑对楼梯间山墙造成的不利影响。
(2)在教学楼、医院等人群密集的建筑有必要在室外另设疏散楼梯,以便室内楼梯间破坏时有第二个逃生通道。
(3)楼梯间构造合理,形成应急疏散的安全岛。严格按规范设置构造柱,拉结钢筋,钢筋混凝土带,可靠连接或锚固。
(4)不应采用墙中悬挑是踏步或踏步竖肋插入墙体的楼梯;不应采用无筋砖砌栏板。
(5)楼梯间不易设置在房屋的端部或转角处,更不宜设置突出建筑物的转角圆形楼梯间,这都是宜引起地震时集中变形破坏的地方。
4 结  语
总之,在抗震设计时体现以预防为主的设计思想,达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标。对于建设工程只有在抗震设防,抗震设计和施工质量这三方面都符合要求,才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。
    本文由河南建基工程管理有限公司整理,信息来源:http://www.hnccpm.com

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